銻基材料的溶劑熱制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、石墨因其理論比容量較低(372mAh/g)而使其應(yīng)用受到限制。因此,研究開發(fā)具有比容量高、循環(huán)壽命長的新型負極材料對于新一代鋰離子電池具有重要的意義。Sb的理論容量為660mAh/g,是石墨的近2倍。但是,Sb在合金化儲鋰過程中會發(fā)生巨大的體積變化,致使Sb基負極材料在充放電過程中發(fā)生粉化,最終導(dǎo)致電極的循環(huán)性能差。而復(fù)合材料與設(shè)計納米結(jié)構(gòu)是緩解體積膨脹的方法之一。本文以L-半胱氨酸為硫源、SbCl3為銻源、無水乙醇為溶劑,采用溶劑熱法

2、制備了幾種銻基復(fù)合材料(Sb2S3、Sb2S3@C及Sb4O5Cl2/rGO/C復(fù)合材料),并對其形貌、微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)儲鋰性能進行了表征和研究。實驗結(jié)果如下:
　　(1)當(dāng)原料L-半胱氨酸鹽酸鹽與SbCl3的摩爾比為3:1時,在180℃下乙醇熱處理8h所制備得到的Sb2S3納米棒簇電極材料具有較好的電化學(xué)性能:電流密度為100mA/g時,首次充放電容量為823/1165mAh/g,首次庫倫效率為70.6％,30次循環(huán)之后可逆容量

3、為623mAh/g,容量保持率為75.7%,在電流密度為500mA/g時可逆容量保持在400mAh/g以上。另外,碳包覆有利于提高Sb2S3基電極材料的綜合電化學(xué)儲鋰性能。包覆碳的設(shè)計量為5wt.%的Sb2S3@C復(fù)合材料具有最佳的綜合電化學(xué)性能,在100mA/g電流密度下表現(xiàn)出超高的可逆容量(1084mAh/g)、優(yōu)良的循環(huán)性能(30次循環(huán)后容量為960mAh/g,容量保持率為88.5%)及優(yōu)異的倍率性能(4000mA/g電流密度下容

4、量可達1019mAh/g)。Sb2S3基電極材料的超高容量得益于電極材料在電化學(xué)儲鋰過程中實現(xiàn)了Sb2S3的部分可逆分解和重構(gòu),這也證實了納米棒結(jié)構(gòu)促進了Sb2S3在電化學(xué)儲鋰過程中結(jié)構(gòu)分解/重構(gòu)的電化學(xué)可逆進行,從而提高首次庫侖效率和電極比容量;對Sb2S3的碳包覆既提高了材料顆粒間的導(dǎo)電性能,又有效緩解了充放電過程中帶來的體積變化與多硫化物在電解液中的溶解,還促進了Sb2S3重構(gòu)和Li2S向S轉(zhuǎn)化的電化學(xué)反應(yīng)的可逆程度,從而提高復(fù)合